Processos de lapidação e polimento para carboneto de silício, safira e nitreto de gálio

Carboneto de Silício, Safira e Nitreto de Gálio

Índice

Introdução

Requisitos de aplicação

Especificações do sistema

Fluxo de processamento

Introdução

Na produção de dispositivos semicondutores, a busca pela redução de custos é sempre impulsionada pela produção e pelo rendimento. Em comparação com as tecnologias tradicionais de semicondutores, o carboneto de silício (SiC), a safira e o nitreto de gálio (GaN) são três materiais cada vez mais populares que podem reduzir custos significativamente. A Hemei Semiconductor (HSM) desenvolveu um método bem-sucedido para processar substratos de carboneto de silício, safira e nitreto de gálio até um estado "pronto para EPI".

A safira é particularmente atraente para profissionais da indústria de laser devido à sua constante dielétrica uniforme e estrutura cristalina de alta{0}}qualidade. Isso levou ao aumento da aplicação de substratos de safira em diodos laser azuis, e a safira também se tornou a base para as aplicações atuais de comutação de radiofrequência (RF).

O carboneto de silício possui propriedades como alta condutividade térmica, alta resistência à oxidação, inércia química e alta resistência mecânica. Essas características o tornam um material ideal para diversas aplicações, incluindo materiais biomédicos, dispositivos semicondutores de alta-temperatura, componentes ópticos de radiação síncrotron e estruturas leves de alta-resistência. Em certas aplicações de-comprimento de onda curto (biocompatível), de alta-temperatura, resistente à radiação-e de alta-potência, o carboneto de silício exibe propriedades físicas e eletrônicas superiores em comparação ao silício e ao arsenieto de gálio.

Atualmente, o nitreto de gálio é usado em transistores de alta-potência, capazes de operar em altas temperaturas. Esses transistores aproveitam a capacidade do nitreto de gálio de gerar alta-saída de potência em um volume pequeno. Combinado com a alta eficiência do material em amplificadores de potência em frequências ultra-altas e de micro-ondas, o nitreto de gálio tornou-se um material ideal para desenvolvimento futuro em uma ampla gama de aplicações optoeletrônicas.

Requisitos de aplicação

Em cada caso, o objetivo do polimento de pastilhas de safira, carboneto de silício e nitreto de gálio é reduzir a espessura final do substrato para o valor alvo desejado, com uma variação de espessura total (TTV) melhor que ± 2 μm e uma rugosidade superficial melhorada para menos de 2 nanômetros (Ra <2 nm). Isto é conseguido ligando primeiro o wafer a um substrato de vidro de quartzo usando a Wafer Substrate Bonding Unit (WB) da Hemei.

Após a colagem, o wafer precisa ser lixado para retirada do excesso de material, seguido de polimento. O processo de lapidação é realizado utilizando equipamentos HS, MS e HSM-CMP equipados com acessórios de polimento de precisão SJ e ASJ da Hemei.

Durante a lapidação, o acessório é montado em uma placa de lapidação de ferro fundido e uma variedade de opções de parâmetros de processo estão disponíveis para permitir que os usuários entendam o processo de remoção de material.

Após a lapidação, o wafer deve ser limpo e removido do substrato de vidro. Em seguida, ele é transferido para um acessório projetado para um sistema de polimento de precisão e alta{1}}velocidade com uma cabeça de polimento. Usando qualquer um desses dois sistemas, os wafers dos três materiais (em várias quantidades) podem ser polidos para um acabamento em nanoescala repetível.

(Figura: Máquina de Polir)

(Figura: Dispositivo de polimento)

Especificações do sistema

Dependendo do número de wafers a serem processados, a Hemei oferece uma variedade de sistemas para polimento de safira, carboneto de silício e nitreto de gálio. No entanto, cada sistema pode incluir os seguintes componentes:

Fluxo de processamento

Instalação, fixação e lapidação

Usando a unidade de ligação de substrato de wafer (WB), wafers de safira, carboneto de silício ou nitreto de gálio são temporariamente ligados a uma placa de suporte de vidro. Este sistema garante que o wafer e a placa de suporte estejam sempre altamente paralelos, independentemente de um único wafer grande ou vários wafers pequenos de diferentes espessuras estarem ligados. Após a colagem bem-sucedida, a placa de suporte pode ser montada na superfície do mandril a vácuo do acessório Hemei. O acessório é então virado, com o lado de processamento voltado para baixo, e colocado na placa de lapidação de ferro fundido do equipamento HSM-L. Posteriormente, o sistema é configurado para girar a uma velocidade máxima de 100 rotações por minuto (rpm), enquanto a pasta de lapidação é entregue à superfície da placa a uma taxa de fluxo constante através de uma bomba peristáltica de fluido de lapidação de medição (controlada pela interface de controle), e o usuário pode controlar independentemente a quantidade de pasta entregue à superfície da placa.

Instalação, fixação e polimento

Depois de remover o excesso de material do substrato por meio da lapidação, o sistema de polimento de alta velocidade-do cabeçote de acionamento C-ASJ é usado para polir a superfície do wafer. Isso produz uma superfície de alta-qualidade em cada wafer.

O sistema HSM-CMP usa métodos de fixação, como sucção de água e vácuo, para prender e fixar o wafer, eliminando a necessidade de um substrato de vidro. Portanto, antes de colocar o wafer na cabeça de polimento do sistema HSM-CMP, ele precisa ser removido do substrato de vidro. Cada cabeça de polimento é personalizada de acordo com as necessidades específicas do cliente para garantir ótimos resultados no processo de polimento.

Durante todo o processo de polimento, o sistema HSM-CMP fornece um alto nível de controlabilidade, pois as operações manuais podem ser executadas "in-situ". Parâmetros do processo, como velocidade da placa, carga descendente do cabeçote de polimento e taxa de fluxo da pasta podem ser controlados por meio de uma tela sensível ao toque, permitindo que os usuários façam ajustes e controle imediatos e precisos.

Resultados

Ao usar o sistema de polimento da Hemei para completar a preparação de substratos de carboneto de silício, safira ou nitreto de gálio, uma rugosidade superficial ideal pode ser alcançada antes do processamento subsequente usando a tecnologia CMOS tradicional. Cada wafer polido tem uma quantidade uniforme de material removido durante o processamento, resultando em uma superfície uniformemente plana.

Ajustando a pressão (carga) aplicada ao substrato durante o processamento, podem ser alcançadas taxas ideais de remoção de material (MRR) de 6 μm/h para safira e 1-2 μm/h para carboneto de silício.

Os resultados a seguir para carboneto de silício e nitreto de gálio são obtidos de um lote de wafers de 12 2-polegadas de diâmetro processados ​​no sistema HSM-CMP; os resultados para safira são obtidos de um lote de wafers de 84 2-polegadas de diâmetro processados ​​no sistema HSM-CMP.

(Descrição do gráfico: A. Carboneto de silício B. Safira C. Nitreto de gálio)

[Imagem: A. Carboneto de Silício; B. Safira; C. Nitreto de gálio. Eixos: Valores iniciais de Ra (nm), valores finais de Ra (nm), MRR médio (mícrons por hora). Pontos de dados: A - Ra inicial: 120 nm, Ra final: 6 nm, MRR: 1-2 μm/h; B - Ra inicial: 100 nm, Ra final: 1 nm, MRR: 6 μm/h; C - Ra inicial: 80 nm, Ra final: 3 nm, MRR: 15 μm/h]

Valores iniciais de Ra (após lapidação)

R: 120nm

B: 100nm

C: 80nm

Valores finais de Ra (após polimento)

R: 6nm

B: 1nm

C: 3nm

MRR médio (mícrons por hora)

A: 1-2 μm/h

B: 6 μm/h

C: 15 μm/h

A. Wafer de carboneto de silício

Diâmetro: 2 polegadas

Taxa de remoção de material (MRR): 1-2 μm/h

Valor final de Ra: <3 nm

Planicidade: ± 2 μm

Arco: <25 μm

B. Bolacha de Safira

Diâmetro: 2 polegadas

Taxa de remoção de material (MRR): 6 μm/h

Valor final de Ra: <1 nm

Planicidade: ± 2 μm

Arco: <25 μm

C. Wafer de nitreto de gálio

Diâmetro: 2 polegadas

Taxa de remoção de material (MRR): 15 μm/h (dependendo do plano do cristal)

Valor final de Ra: <3 nm

Planicidade: ± 2 μm

Arco: <25 μm

(Medido usando um perfilador de superfície Dektak 150)